CC BY
42
УДК 621.644
СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ НАГРУЗКИ НА КРАН-ТРУБОУКЛАДЧИК
А. Н. Шабалин
Аннотация. Проблема стабилизации нагрузки, действующей на кран-трубоукладчик, появилась сразу после создания данной машины. В работе стабилизация нагрузки достигается путем создания системы управления краном-трубоукладчиком работающим в колонне. Стабилизация нагрузки достигается изменением высоты крюковой обоймы и изменением расстояний между соседними машинами.
Ключевые слова: кран-трубоукладчик, момент устойчивости, грузовой момент, система управления, алгоритм, конструктивные параметры.
Кран трубоукладчик - это специализированный самоходный кран, используемый для возведения магистральных трубопроводов и других погрузочно-разгрузочных работ, выполнять которые типовыми кранами нет возможности.
Особенности строения крана трубоукладчика делают его универсальной машиной. Базовой машиной является трактор с увеличенной ширенной базы и жесткой подвеской (Рис. 1.), что дает возможность движения в отсутствии дорог. Грузовая стрела расположена с боку, это позволяет перевозить габаритные грузы. Смещенный центр тяжести увеличивает грузоподъемность крана. В связи с этим основным параметром крана-трубоукладчика является его поперечная устойчивость. Поперечная устойчивость вычисляется по следующей формуле:
Кпу =
Ум
уст
IX
где Муст - момент устойчивости; Мгр - грузовой момент; Кпу - коэффициент поперечной устойчивости.
Мгр = F • I,
где F - сила на крюковой обойме; I - вылет стрелы.
М = G • I ,
уст ц.т. 5
где G - сила тяжести крана-трубоукладчика; 1цт. - расстояние от центра тяжести до ребра опракидования.
Рис. 1. Расчетная схема крана-трубоукладчика
Основным видом работ, выполняемых краном трубоукладчиком, является укладка трубопровода в траншею. Магистральный трубопровод является сложной динамической системой, имеющей ряд негативных факторов. Первое - это его большая масса, к примеру, 1 пм магистрального трубопровода диаметра 1420 мм с толщенной стенки 40 мм составляет 1400 кг, что требует большого числа машин, одновременно участвующих в процессе укладки трубопровода. Второе - это колебания подвешенных участков трубопровода на тролерных подвесках крана. Все это приводит к тому, что перераспределение нагрузки между соседними кранами трубоукладчиками меняется в интервалах от нуля до критических значений, которые выводят машину из равновесного состояния.
Существующие способы обеспечения устойчивости крана трубоукладчика условно разделим на две группы:
- оптимизация конструктивных параметров;
- совершенствование систем управления.
Со времени создания первых кранов трубоукладчиков они претерпели ряд изменений. Современные краны имеют широкую базу, противовес, гидравлическое управление стрелой и грузовой лебедками. Дальнейшее расширение базы не возможно, т.к. она не должна превышать ширину железнодорожной платформы, увеличение массы противовеса увеличивает металлоемкость машины и ее габариты.
Российскими учеными К. Е. Ращепкин, Д. Ф. Исханов, В. Л. Букинский, Д. Ф. Садртдинов, М. А. Фахриев с целью повышения устойчивости крана-трубоукпадчика предложили следующую конструкцию состоящую из двух кранов соединенных гибкими связями грузонесущей рамой рис. 2 [1]. Недостатком такой конструкции является ее сложность и необходимость слаженных действий машинистов.
В. С. Щербаков, В. Ф. Раац, Д. С. Матвей-чук, А. А. Руппель с целью снижения динамических нагрузок предложили конструкцию кра-на-трубоукладчика с изменяемым вылетом противовеса рис. 3 [2].
А-А
Рис. 2. Модель крана-трубоукладчика К. Е. Ращепкин, Д. Ф. Исханов, В. Л. Букинский, Д. Ф. Садртдинов, М. А. Фахриев
Рис. 3. Модель крана-трубоукладчика В. С. Щербаков, В. Ф. Раац, Д. С. Матвейчук, А. А. Руппель
Е. П. Ковалев, Б. А. Буров, Е. И. Романов предложили конструкцию крана-
трубоукпадчика, выполненного в виде параллельно расположенных ведущей и ведомой тележек и соединяющей их фермы, несущей стрелу и лебедку и связанный с ведущей тележкой продольными, а с ведомой - поперечными шарнирными пальцами [3]. Недостатком такой конструкции является то, что из-за фиксированного расположения шарнирных пальцев ферма может поворачиваться относительно
тележек, в результате чего кран-трубоукпадчик обладает недостаточной маневренностью и неудобен при транспортировке.
Л. П. Скугророва, В. И. Минаев и А. И. Ли-сивенко предложили конструкцию из двух кра-нов-трубоукладчиков. Для этого свободный конец одной из стрел, установленной на грузовой тележке, соединен с балансиром, к одному из плеч которого прикреплен полиспаст грузовой тележки, а к другому - полиспаст якорной тележки рис. 4.
Рис. 4. Модель крана-трубоукладчика Л. П. Скугророва, В. И. Минаев и А. И. Лисивенко
Помимо вышеперечисленных ученых, проблема устойчивости крана-трубоукладчика решалась изменением конструкций: В. Д. Таран, В. А. Кортунов, В. И. Минаев, Л. И. Агатов, А. И. Лисивенко, Н. В. Роденков, Н. Н. Васильев, Г. Т. Ярославский, Г. И. Кроль, В. К. Багров и многие другии.
Решение проблемы устойчивости крана-трубоукладчика путем совершенствования систем управления решалась В. Ф. Раац, Е. В. Загороднюк, Ю. Б. Тихонов и д.р./4, 5/.
В отличие от предшествующих исследователей в своей работе для решения поставленной проблемы рассматривается кран-трубоукладчик, работающий в колонне, как многопараметрическая динамическая систе-
ма. Для стабилизации нагрузок, действующих на кран трубоукладчик будем изменять высоту подвеса крюковой обоймы и расстояние до впереди идущего крана-трубоукладчика.
Входными параметрами данной системы являются (Рис. 5.): F - сила на крюке; й - угол наклона крана-трубоукладчика в поперечной плоскости; I - расстояния до позади идущей машины; п - число оборотов грузовой лебедки; ^ -угол наклона стрелы крана-трубоукладчика. Эти параметры позволяют сформировать управляющие воздействия на грузовую лебедку 1упр и сигнал на сокращение расстояния между крана-ми-трубоукпадчиками 1упр.
Рис. 5. Структурная схема системы управления краном-трубоукладчиком
Для логической реализации системы управления был разработан алгоритм, функциональная схема которого рис. 6, рис. 7. имеет в качестве входов первичные информационные параметры, измеряемые с помощью датчиков: РУ, Р2, РЗ, Р4, Р5 - сила на крюке;
& Ш%: й' К!Ш: ^ ЩШг ". МШШ & ШШ, 1/-Г
- угол наклона КТ относительно горизонтальной земли; (1, 12, 13, (4, (5, (6 - расстояния до впереди идущего кра-на-трубоукладчика; пКТ1, пКТ2, пктз, пКТ4, пКТ5 -число оборотов грузовой лебедки; VI, VI, УЗ, У4, У5 - высота подвеса крюковой обоймы. Помимо этого в алгоритме используются еле-
укт
дующие константы: - угол наклона стрелы
крана трубоукладчика; Ропр - максимальная
статическая нагрузка на крюке крана/У
трубоукладчика; Уст. - угол грузовой устойчивости; УТР - требуемая высота подвеса трубы, необходимая для прохождения сушильной и изоляционной установок; (ТР - максимальное расстояние между кранами при котором сохраняется условие локального равновесия трубопровода и устойчивость машины.
Алгоритм многократный, без необходимости хранения данных, работает следующим
образом. На основании текущих значений первичных информационных параметров сравниваются значения грузового момента с моментом устойчивости, если грузовой момент, хотя бы одного крана-трубоукладчика превысит момент устойчивости, подается сигнал на раскручивание грузовой лебедки. После чего происходит сравнение текущей высоты подвеса крюковой обоймы с заданной, если высота подвеса меньше заданной, то подается сигнал позади идущему крану на сокращение расстояния до впереди идущего крана и снова сравниваются, грузовой момент с моментом устойчивости если условие не выполняется, то сигнал на сокращение расстояния повторяется до тех пор, пока условие не выполнится.
В случае выполнения условия подается сигнал на закручивание грузовой лебедки, проверяется высота подвеса крюковой обоймы и происходит накручивание лебедки до тех пор, пока высота не достигнет заданного значения. Затем цикл начинается с начало со сравнения силы на крюке. В случае если сила не превышает максимальной статической нагрузки, сравнивается угол наклона крана-
трубоукладчика с углом грузовой устойчивости. В случае не выполнения условия, хотя бы на одном кране, происходит аварийная остановка всех кранов-трубоукладчиков. Если условие выполняется, цикл возвращается в начало на получение первичных информационных параметров.
Исследовав кран-трубоукладчик в колонне с системой управления, можно сделать вывод о том, что данная система позволяет стабилизировать нагрузку, действующую на кран-трубоукладчик, и позволяет избежать опрокидывания трубоукпадочной колонны.
Рис. 6. Функциональная схема алгоритма, реализующего процесс управления краном-трубоукпадчиком
<ш>
Рис. 7. Схема блоков логической реализации
Библиографический список
1. А.с. 800113 СССР, В 66 С 23/26. Кран-трубоукладчик / К. Е. Ращепкин, Д. Ф. Исханов, В. Л. Букинский, Д. Ф. Садртдинов, М. А. Фахриев.
2. А. с. 1532532 А1 СССР, В 66 С 23/44, 23/76. Кран-трубоукладчик / В. С. Щербаков, В. Ф. Раац, Д. С. Матвейчук, А. А. Руппель.
3. А. с. 577347 F 16 L 1/00, В 66 с 19/00. Кран-трубоукладчик / Е. П. Ковалев, Б. А. Буров, Е. И. Романов.
4. Раац В. Ф. Повышение грузовой устойчивости трубоукладчиков: Сб. науч. тр./ Гидропривод и системы управления строительных и дорожных машин - Омск: ОмПИ, 1987.-62-66с.
5. Тихонов Ю. Б. Повышение устойчивости изоляционно-укладочной колонны путем совершенствования систем управления кранами-трубоукпадчиками: дис. канд. техн. наук: 05.05.04 / СибАДИ.- Омск, 2003-199 с.
THE STABILIZATION SYSTEM LOAD TAP-PIPELAYER
A. N. Shabalin
The problem of stabilization of the loading operating on the crane pipe layer appeared right after creation of this car. In work stabilization of loading is reached by creation of a control system by the crane pipe layer working in a column. Stabilization of loading is reached by change of height of a hook holder and change of distances between the next cars
Шабалин Андрей Николаевич - аспирант Сибирская государственная автомобильно-
дорожная академия (СибАДИ) кафедры АППиЭ. Основные направления научной деятельности автоматизация. Общее количество опубликованных работ: 5. E-Mail: andrei-shabalin@mail.ru .
